【摘要】：構(gòu)造地貌是指受構(gòu)造內(nèi)動(dòng)力作用控制,通過(guò)內(nèi)外營(yíng)力相互作用所奠定的能夠反映一定構(gòu)造特征的地貌形式。研究構(gòu)造地貌的學(xué)科即為構(gòu)造地貌學(xué)。構(gòu)造地貌學(xué)經(jīng)歷了早期的靜態(tài)構(gòu)造地貌研究和20世紀(jì)60年代以后的動(dòng)態(tài)構(gòu)造地貌研究。20世紀(jì)80年代以后,由于新構(gòu)造的蓬勃發(fā)展,不少學(xué)者強(qiáng)調(diào)構(gòu)造地貌主要是新構(gòu)造活動(dòng)控制下的地貌。近二十年來(lái)伴隨著活動(dòng)構(gòu)造研究的開(kāi)展,活動(dòng)構(gòu)造地貌,尤其是與地震活動(dòng)斷層有關(guān)的構(gòu)造地貌研究受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注,形成了構(gòu)造地貌研究的新領(lǐng)域。構(gòu)造地貌的研究,從本質(zhì)上說(shuō)是通過(guò)研究各種地貌標(biāo)志的變形和位錯(cuò)來(lái)判斷地殼活動(dòng)特征。在研究方法上,結(jié)構(gòu)形態(tài)分析法是構(gòu)造地貌研究最基本、最常用的方法。由于構(gòu)造地貌的結(jié)構(gòu)形態(tài)可以用很多參數(shù)來(lái)定量描述,隨著高分辨DEM數(shù)據(jù)的出現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,近年來(lái)越來(lái)越多學(xué)者通過(guò)定量分析相關(guān)地貌參數(shù)來(lái)研究構(gòu)造活動(dòng),使構(gòu)造地貌的研究邁上了新臺(tái)階。 本論文試圖選擇區(qū)域性和小流域性兩類參數(shù),在活動(dòng)塊體的大尺度和單一斷裂帶的小尺度兩個(gè)層次上開(kāi)展地貌參數(shù)研究。在區(qū)域性地貌參數(shù)中,分形參數(shù)綜合描述和反映了地貌特征,它能應(yīng)用在任何類型、任何尺度上的地貌中,因此本論文利用分形參數(shù)分別分析大尺度的鄂爾多斯塊體及其周邊地區(qū)以及小尺度的霍山山前斷裂帶的分形特征,并根據(jù)兩研究區(qū)的分形特征闡述分形參數(shù)的地形意義、地質(zhì)意義與構(gòu)造意義。在小流域性參數(shù)中,本論文根據(jù)霍山山前斷裂帶的傾滑活動(dòng)性質(zhì)以及橫穿斷裂的沖溝發(fā)育特征,選擇了河流縱剖面數(shù)學(xué)擬合函數(shù)、基于河流水力侵蝕模型坡度-面積關(guān)系以及凹曲指數(shù)與陡峭指數(shù)、河流坡降指標(biāo)與Hack剖面等描述河流縱剖面形態(tài)的參數(shù)來(lái)反映橫穿斷裂的沖溝其發(fā)育形態(tài)對(duì)斷裂帶活動(dòng)的響應(yīng)。 1、地貌的分形參數(shù)與地貌分區(qū) 分形理論為形態(tài)、分布或結(jié)構(gòu)極其不規(guī)則,但具有自相似性的自然現(xiàn)象的定量描述提供了幾何描述方法與數(shù)學(xué)模型。分形幾何可以從整體性和科學(xué)性方面對(duì)地表形態(tài)的綜合特征進(jìn)行定量化描述。計(jì)算分形參數(shù)的方法很多,本論文采用能很好地適應(yīng)地形起伏自相仿性以及DEM高程數(shù)據(jù)柵格格式的直接測(cè)量地表分形特征的優(yōu)良方法—變差函數(shù)法,并采用能很好地識(shí)別地形空間差異的元分維模型。利用變差函數(shù)法和元分維模型分別計(jì)算了大空間尺度的鄂爾多斯塊體及其周邊地區(qū)(DEM空間分辨率為90 m)以及小空間尺度的霍山山前斷裂地區(qū)(DEM空間分辨率為2.5 m)的分形參數(shù)—地表分維值與截距值。結(jié)果顯示,無(wú)論是鄂爾多斯塊體及其周邊大空間尺度的區(qū)域還是霍山山前斷裂帶小空間尺度的地區(qū),分形參數(shù)的分布均具有明顯的空間差異性與區(qū)域分帶性。通過(guò)K-Means聚類分析法對(duì)上述兩種類型的研究區(qū)進(jìn)行基于分形參數(shù)的地貌區(qū)自動(dòng)劃分,結(jié)果顯示,兩研究區(qū)所得的分形分區(qū)結(jié)果與地貌類型、地層分布以及構(gòu)造特征都具有很好的一致性,而且每一分形分區(qū)都具有特征的分形參數(shù)值。 通過(guò)地表分維值與截距值聯(lián)合定量聚類,鄂爾多斯塊體及其周邊被群集成五個(gè)分形分區(qū):河套盆地和銀川盆地(Aa分形區(qū))是地表分維值高值區(qū)和截距值低值區(qū),分維值主要為2.8-3.0,截距值主要為0-1;鄂爾多斯塊體南部陜北黃土高原區(qū)(Bc分形區(qū))的地表分維值主要為2.5-2.7,截距值主要為2.5-3.5;呂梁山、賀蘭山、烏拉山等山區(qū)(Cc分形區(qū))也是截距值高值區(qū),主要為2.5-3.5,但地表分維值較低,主要為2.4-2.6;鄂爾多斯塊體北部庫(kù)布齊、毛烏素等沙漠區(qū)(Db分形區(qū))與渭河、山西盆地帶(Dd分形區(qū))都是地表分維值低值區(qū),地表分維值大部分低于2.5,但兩區(qū)域的截距值差異明顯。沙漠區(qū)地形起伏較緩,截距值主要為0-1.5,而渭河盆地和山西盆地帶的截距值沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)范圍。 霍山山前斷裂帶僅利用地表分維值就達(dá)到很好的分區(qū)結(jié)果,在該研究區(qū)本論文得到五個(gè)分形分區(qū):霍山中北部地段(A分形區(qū))是低分維值區(qū),分維值主要為2.1-2.3;霍山南部地段(B分形區(qū))的分維值比中北部地段高,主要為2.2-2.4;汾河沿岸的黃土臺(tái)地(C分形區(qū))具有中等大小的分維值,主要為2.3-2.5;山前洪積扇的地表分維值從后緣到前緣(D分形區(qū))逐漸增大,主要為2.4-2.6,洪積扇的前緣平緩區(qū)與汾河沖積區(qū)(E分形區(qū))具有全區(qū)域最高的分維值,主要為2.6-2.7。 本論文從信號(hào)波的角度闡述了地表分形特征的地形意義,分形參數(shù)反映和描述了地形起伏的形態(tài),地表分維值反映了地形起伏的頻率特征,高分維值的地形表現(xiàn)出高頻率的起伏,低分維值的地形表現(xiàn)為低頻率的起伏,而截距值反映的是地形起伏的幅度大小。此外,本論文還闡述了地質(zhì)作用與外力作用對(duì)地表分維值的影響。構(gòu)造隆升作用能在長(zhǎng)波長(zhǎng)上影響地形,使地表分維值降低。侵蝕作用可使地形粗糙化,地表分維值增大。巖層性質(zhì)是影響侵蝕作用強(qiáng)弱的重要因素,因此地表分維值與巖層性質(zhì)具有緊密關(guān)系。擴(kuò)散作用與堆積作用使地形趨于平滑,地表分維值變小。 2、霍山山前斷裂帶水系縱剖面形態(tài)參數(shù)的構(gòu)造響應(yīng) 本論文通過(guò)分析霍山山前斷裂帶上64條沖溝縱剖面形態(tài)的多種參數(shù)來(lái)反映沖溝發(fā)育對(duì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)。這些參數(shù)包括河流縱剖面的數(shù)學(xué)擬合函數(shù),基于河流水力侵蝕模型的坡度-面積關(guān)系以及凹曲指數(shù)、陡峭指數(shù),河流坡降指標(biāo)與Hack剖面。 河流在不同的構(gòu)造環(huán)境以及不同的發(fā)育階段會(huì)呈現(xiàn)出不同的數(shù)學(xué)函數(shù)形態(tài)特征,常見(jiàn)的為線性函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)以及乘冪函數(shù)�；羯缴角皵嗔褞系臎_溝均呈現(xiàn)為線性函數(shù)形態(tài)或輕微下凹的指數(shù)函數(shù)形態(tài)。在分析了發(fā)育時(shí)間、地區(qū)氣候特征、河床基巖性質(zhì)以及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等四個(gè)影響河流縱剖面形態(tài)發(fā)育的主要因素后,本論文認(rèn)為上新世以來(lái)霍山山前斷裂持續(xù)而強(qiáng)烈的隆升作用,尤其是全新世以來(lái)時(shí)間間隔較短的多次強(qiáng)烈活動(dòng)是導(dǎo)致沖溝發(fā)育一直表現(xiàn)為幼年期的近直線的下凹程度很小的特征,而這種特征正是沖溝縱剖面形態(tài)發(fā)育對(duì)霍山山前斷裂帶隆升運(yùn)動(dòng)的明顯響應(yīng)。 河流水力侵蝕模型能夠反映構(gòu)造隆升作用與河流下切侵蝕作用之間的關(guān)系。當(dāng)基巖隆升速率與河流下切侵蝕速率達(dá)到均衡時(shí),基于河流水力侵蝕模型的坡度-面積(S-A)雙對(duì)數(shù)圖呈現(xiàn)直線形態(tài);當(dāng)基巖隆升速率大于河流下切侵蝕速率時(shí),S-A雙對(duì)數(shù)圖表現(xiàn)為上凸特征;相反,則表現(xiàn)為下凹特征。在所統(tǒng)計(jì)的橫穿霍山山前斷裂帶的64條沖溝其S-A雙對(duì)數(shù)圖均一致地呈現(xiàn)為上凸特征。由河流水力侵蝕模型得到的凹曲指數(shù)θ值平均值僅為0.223,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于均衡河道的經(jīng)驗(yàn)平均值(0.49)。S-A雙對(duì)數(shù)圖的上凸特征以及相當(dāng)?shù)偷陌记笖?shù)是其對(duì)霍山山前斷裂帶強(qiáng)烈的隆升作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于河流下切侵蝕作用的響應(yīng)。另外,由河流水力侵蝕模型得到的沖溝陡峭指數(shù)log(ks)值呈現(xiàn)出老爺頂一帶最高,南北兩側(cè)低,而且北部比南部高的分布特征,這是沖溝縱剖面的陡峭指數(shù)對(duì)霍山山前斷裂帶地區(qū)老爺頂一帶隆升速率最大,南北兩側(cè)較低,而且北部隆升速率比南部高這一隆升速率區(qū)域差異的響應(yīng)。 Hack剖面是用半對(duì)數(shù)的方程式來(lái)描述河流縱剖面形態(tài),它常用于描述河流縱剖面整體上對(duì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的調(diào)整。河流坡降指標(biāo)(SL值)則用來(lái)描述河流縱剖面局部坡度的變化。研究區(qū)內(nèi)沖溝的Hack剖面均呈現(xiàn)為上凸特征,這是沖溝Hack剖面對(duì)構(gòu)造隆升作用十分典型的響應(yīng)。另外,部分沖溝其Hack剖面以斷裂位置為拐點(diǎn),斷裂上游河段的Hack剖面明顯呈現(xiàn)為上凸形態(tài),而斷裂下游河段則呈現(xiàn)為直線形態(tài)或輕微下凹形態(tài),這表明了沖溝正處于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用后往新均衡剖面演化的初期階段。在河流坡降指標(biāo)方面,部分沖溝在斷裂附近出現(xiàn)明顯異常高的河流坡降指標(biāo)值(SL/k’),這是斷裂運(yùn)動(dòng)在該處形成裂點(diǎn)的表現(xiàn)。 上述沖溝縱剖面的形態(tài)特征都是對(duì)霍山山前斷裂垂向上運(yùn)動(dòng)的響應(yīng),而斷裂的每次垂直活動(dòng)在溝床上都能以裂點(diǎn)形式記錄下來(lái),因此通過(guò)裂點(diǎn)序列來(lái)分析斷裂活動(dòng)事件序列是一個(gè)很好的途徑。本論文在23條沖溝縱剖面上很好地識(shí)別出斷裂活動(dòng)誘發(fā)裂點(diǎn),部分沖溝縱剖面形態(tài)和裂點(diǎn)位置得到野外測(cè)量數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。其中有7條河流基本只有一級(jí)裂點(diǎn),而且裂點(diǎn)均位于斷裂位置上,高度達(dá)4-9 m,推測(cè)裂點(diǎn)自形成后并未向上游發(fā)生明顯遷移,并接受了多次事件疊加。另外,在16條沖溝上分別識(shí)別出2-3級(jí)裂點(diǎn),高度主要為2-6 m,最新的裂點(diǎn)向上游遷移了40-70 m,次新的裂點(diǎn)則主要分布在距斷裂150-250 m的河段內(nèi),最老的裂點(diǎn)大致位于300-500 m的距離。裂點(diǎn)后退遷移的速率與斷裂上游流域面積成正相關(guān)關(guān)系。本論文認(rèn)為最新的裂點(diǎn)是1303年洪洞8級(jí)地震(事件Ⅲ)造成的,并假定全新世中晚期以來(lái)研究區(qū)內(nèi)河流溯源侵蝕速率基本不變,以此推算出次新裂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地震事件(事件Ⅱ)發(fā)生在距今3336-2269 a之間,最早一次事件(事件Ⅰ)發(fā)生在距今5618-4504 a之間,重復(fù)周期約為1500-2600 a之間,這與前人通過(guò)探槽揭露的古地震事件序列的年代及重復(fù)周期基本一致。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：P931
【圖文】：

剝蝕夷平；始新世開(kāi)始，由于喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響，鄂爾多斯塊體發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)并在周緣形成斷陷盆地帶，接受巨厚的新生代沉積�，F(xiàn)今的鄂爾多斯塊體內(nèi)部構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)微弱，不發(fā)育大規(guī)模的活動(dòng)斷層，但周邊斷陷盆地帶的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，活動(dòng)構(gòu)造發(fā)育，地震活動(dòng)頻繁。由于受青藏高原的強(qiáng)烈擠壓，鄂爾多斯塊體發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)并在其周邊形成張剪性構(gòu)造帶，東、西兩側(cè)分別為北北東向右旋正走滑斷裂控制的山西斷陷盆地帶和銀川-吉蘭泰斷陷盆地帶，南、北兩側(cè)則分別是受近東西向左旋正走滑斷裂控制的渭河斷陷盆地帶和河套斷陷盆地帶（圖 1-1）（Molnar and Tapponnier，1975；Tapponnier et al.，1982；Ye et al.，1987；Sageret al.，1988；葉連俊，1983；國(guó)家地震局《鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系》課題組，1988；丁國(guó)瑜等，1991；徐錫偉等，1994；鄧起東等，1999；鄧起東等，2002）。另外，GPS 觀測(cè)結(jié)果表明，鄂爾多斯塊體西邊界向北北東方向運(yùn)動(dòng)，北邊界向東運(yùn)動(dòng)，東邊界和南邊界總體上向南東東方向運(yùn)動(dòng)（張培震等，2002）。

臨汾盆地構(gòu)造略圖（修改自孟憲梁等，1986；徐錫偉和鄧起東，1990）

霍山山前斷裂帶地質(zhì)剖面示意圖

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 郭輝文;基于GIS的理塘斷裂帶水系分析及活動(dòng)性研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2013年

本文編號(hào)：2757418